(57)【要約】  粒状バイオマスの処理のための方法および装置が本発明において提供される。本方法は、緻密化段階、第１の処理段階、第２の処理段階、冷却段階を含む。本装置は、予備焙焼および焙焼のための２つの区画を含む２段コンパクト移動床タイプである熱化学処理チャンバを含み、各区画に対して少なくとも１つの高温ガス入口と少なくとも１つの高温ガス出口を備えた星型またはクモ型またはリング状の高温ガス分配システムを有し、少なくとも１つの粒状バイオマス入口および少なくとも１つの粒状バイオマス出口を有する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマス処理装置においてバイオマスを処理するための方法であって、
緻密化段階、
第１の処理段階、
第２の処理段階、及び
冷却処理段階を含み、
前記緻密化段階は、ある量の水分を含有する実質的に乾燥された小サイズ化されたバイオマスを連続式またはバッチ式のバイオマス処理装置に供給するステップと、前記バイオマスをペレットまたはブリケットの形態の緻密化されたバイオマスに形成するステップと、ペレットまたはブリケットの形態の前記緻密化されたバイオマスを前記第１の処理段階へ放出するステップを含み；
前記第１の処理段階は、前記ある量の水分を含有する前記緻密化されたバイオマスを第１滞留時間にわたって予備焙焼温度まで加熱することで、前記第１の処理段階における前記加熱によって前記水分を蒸発させることによって前記緻密化バイオマスが完全に乾燥させるステップと、前記予備焙焼したバイオマスを前記第２の処理段階に排出するステップを有し、
前記第２の処理段階は、前記予備焙焼されたバイオマスを第２滞留時間の間、焙焼温度まで加熱して焙焼バイオマスを形成するステップと、前記焙焼されたバイオマスを前記冷却処理段階に放出するステップを含み、
前記冷却処理段階は、前記焙焼されたバイオマスを冷却温度に冷却するステップを含み、
前記実質的に乾燥したおよび／または小サイズされたバイオマス中の前記水分の量は、バイオマスの全重量に対して８重量％から１２重量％の範囲であり、
第１の高温ガスおよび第２の高温ガスが、それぞれ、上記予備焙焼温度および焙焼温度に達するように上記第１および第２の処理段階に供給される
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１の処理段階または前記第２の処理段階に供給され、前記予備焙焼または焙焼バイオマスからの揮発性可燃性ガスを含有する前記第１の高温ガスまたは前記第２の高温ガスの少なくとも一部が、熱交換を介して前記第１の処理段階または前記第２の処理段階に供給される前記第１の高温ガスまたは前記第２の高温ガスを加熱するための煙道ガスを生成するために燃焼バーナーに再循環させるために前記第１の処理段階または前記第２の処理段階から再回収される、請求項１の方法。
【請求項３】
前記第１の高温ガスが少なくとも１つの第１の高温ガス入口を介して前記第１の処理段階に供給され、前記第１の処理段階に供給された後の残りの部分が次に前記第１の処理段階から少なくとも１つの第１の高温ガス出口を介して排出され、前記１つまたは複数の熱交換を介して前記第１の処理段階に再循環される、請求項２の方法。
【請求項４】
前記第２の高温ガスが少なくとも１つの第２の高温ガス入口を介して前記第２の処理段階に供給され、前記第２の処理段階に供給された後の残りの部分が次に前記第２の処理段階から少なくとも１つの第２の高温ガス出口を介して排出され、前記１つまたは複数の熱交換を介して前記第１の処理段階階に再循環される、請求項２の方法。
【請求項５】
前記第２の処理段階に供給される前記第２の高温ガスが、前記第１の処理段階に供給される前記第１の高温ガスの温度以下の温度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の高温ガスおよび前記第２の高温ガスが異なる体積百分率の酸素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の高温ガスが１０体積％以下の酸素含有量である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第２の高温ガスが、３体積％以下の酸素含有量である、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記焙焼温度が前記予備焙焼温度以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記予備焙焼温度が２６０〜３００℃の範囲である、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記焙焼温度が２４０〜２８０℃の範囲である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の滞留時間が前記第１の滞留時間以上である、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記冷却温度が１００℃未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記冷却温度がほぼ室温である、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記冷却が、前記焙焼バイオマスを冷却ガスまたは水と直接接触させることによって行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記緻密化段階、前記第１の処理段階、前記第２の処理段階、および前記冷却段階で使用される条件を制御および監視するためのリアルタイムでの制御および監視ステップをさらに含み、前記条件は温度、滞留時間、酸素含有量、水分量、および／またはガス流量を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１および第２の処理段階が同じ処理チャンバ内で行われ、前記処理チャンバが連続式またはバッチ式の移動床反応器型である、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の高温ガスおよび第２の高温ガスが、高温ガス分配システムによって前記処理チャンバ全体に均一に分配される、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記緻密化バイオマスが、前記第１の処理段階における前記緻密化バイオマスの前記加熱の前にバイオマス分配装置によって均等に分配される、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
二重壁ハウジングを有する処理チャンバと、
前記処理チャンバの頂部に配置され、バイオマスを前記処理チャンバ内に供給するための少なくとも１つのガスシールバルブ入口と、
前記処理チャンバから最終生成物を排出するために前記処理チャンバの底部に配置された少なくとも１つのガスシールバルブ出口と、
前記ガスシール弁入口からバイオマスを均等に分配するためのバイオマス分配装置と、
前記ガスシールバルブ出口を介して排出する前に、焙焼後に、焙焼したバイオマスを均一に排出するためのバイオマス排出装置を有するバイオマス処理装置であって、
前記処理チャンバは、
バイオマスの予備焙焼および焙焼がそれぞれ行われる第１の処理区画および第２の処理区画と、
第１の高温ガスをそれぞれ第１の処理区画に供給し、そこから排出するために、前記第１の処理区画の頂部及び底部に配置される少なくとも１つの第１の高温ガス入口および少なくとも１つの第１の高温ガス出口と、
第２の高温ガスをそれぞれ第２の処理区画に供給し、そこから排出するために、前記第２の処理区画の底部及び頂部に配置される少なくとも１つの第２の高温ガス入口および少なくとも１つの第２の高温ガス出口を有し、
前記処理チャンバは、前記二重壁ハウジングを形成する内側有孔壁と外壁と、前記外壁と前記内側有孔壁との間に画定された内側周辺間隙と、高温ガス分配システムを形成する複数の有孔二重分離プレートと、前記処理チャンバの中央に配置された有孔ダクトを有し、前記内側有孔壁、前記有孔二重分離プレートおよび前記有孔ダクトは前記垂直軸に沿って前記処理チャンバの底部から頂部まで上方に延在する、バイオマス処理装置。
【請求項２１】
前記第１の高温ガスは、ガスシールバルブ入口を介して処理チャンバ内に供給されたバイオマスを予備焙焼温度まで均一に加熱するために、前記第１の高温ガス入口を介して前記第１の処理区画に供給され、次いで前記二重壁ハウジングの前記内側周辺間隙および前記二重孔分離プレートの間隙に沿って吹き込まれる、請求項２０記載の装置。
【請求項２２】
前記第２の高温ガスは、前記第１の処理区画からのバイオマスを焙焼温度まで均一に加熱するために、前記第２の高温ガス入口を介して前記第２の処理区画に供給され、次いで前記二重壁ハウジングの前記内側周辺間隙および前記二重孔分離プレートの間隙に沿って吹き込まれる、請求項２０に記載の装置。
【請求項２３】
前記バイオマス分配装置が、モータによって駆動される回転ワイパーホイールに取り付けられてガスシールバルブ入口から来るバイオマスを均等に分配する少なくとも１つの回転ワイパーアームを含む、請求項２０に記載の装置。
【請求項２４】
前記二重壁ハウジングの前記間隙と前記第１の処理区画および前記第２の処理区画の前記有孔二重分離プレートの前記間隙とは、無孔仕切板によって隔てられている、請求項２０に記載の装置。
【請求項２５】
前記有孔二重分離プレート、前記治療チャンバの中央に配置された前記有孔ダクトに接続された少なくとも１つの第１の端部を有する、請求項２０に記載の装置。
【請求項２６】
前記有孔二重分離プレートが、前記内側有孔壁に接続された少なくとも１つの第２の端部をさらに備える、請求項２０に記載の装置。
【請求項２７】
前記有孔二重分離プレートが前記処理チャンバを少なくとも２つの垂直部分に分割するように前記処理チャンバ内に配置されている、請求項２０に記載の装置。
【請求項２８】
前記バイオマス排出装置が、少なくとも１つの回転モータによって駆動される２つの同軸回転ディスクを含み、
前記２つの同軸回転ディスクの各々は、交互に配置された星形の複数の開口部と複数のブロックとを含み、前記２つの同軸回転ディスクは、制御された出力速度に従って第２の処理チャンバからバイオマスを均等に排出するために、互いに同じ方向または反対方向に回転するように構成されており、前記２つの同軸回転ディスクはまた、同じ速度または異なる速度のいずれかで回転するように構成されている、請求項２０に記載の装置。
【請求項２９】
前記装置の異なる部分における滞留時間、温度、水分、流速、酸素含有量を含む条件をリアルタイムで制御および監視して前記条件が所定のレベルに維持されることを確実にするための制御装置をさらに含む、請求項２０に記載の装置。
【請求項３０】
前記第１の処理区画で使用される所定の温度が２６０〜３００℃の範囲である、請求項２０に記載の装置。
【請求項３１】
前記第２の処理区画で使用される所定の温度が２４０〜２８０℃の範囲である、請求項２０に記載の装置。
【請求項３２】
前記第２の処理区画が、前記第１の処理区画の予備焙焼温度以下の焙焼温度を有する、請求項２０に記載の装置。
【請求項３３】
前記第２の処理区画が、前記第１の処理区画の高さと同じかそれより高い高さを有する、請求項２０に記載の装置。
【請求項３４】
前記バイオマスが、前記第２の処理区画内の期間と等しいかそれより短い期間、前記第１の処理区画内に存在する、請求項２０に記載の装置。
【請求項３５】
前記バイオマスが前記第１および第２の処理区画に存在する期間は、前記第１および第２の処理区画の相対的な高さおよび／または前記バイオマス排出装置によって制御される前記バイオマスの排出量に依存する、請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
前記第１の高温ガス出口および前記第２の高温ガス出口をそれぞれ介して、前記第１の処理区画及び前記第２の処理区画から放出された後の前記バイオマスからの揮発性の可燃性ガスを含有する前記第１の高温ガスおよび前記第２の高温ガスの一部を再循環させるための燃焼バーナーおよび１つまたは複数の熱交換器をさらに含み、
揮発性の可燃性ガスを含有する前記第１の高温ガスおよび前記第２の高温ガスの残りの一部を用いて、前記１つ以上の熱交換を介して前記第１の処理区画および前記第２の処理区画にそれぞれ供給される前記第１の高温ガスの一部および前記第２の高温ガスの一部を加熱するための煙道ガスを前記燃焼バーナーで生成する、請求項２０に記載の装置。
【請求項３７】
前記第１の処理区画が、前記第１の高温ガスの１０体積％以下の酸素レベルに保たれる、請求項２０に記載の装置。
【請求項３８】
前記第２の処理区画が、前記第２の高温ガスの３体積％以下の酸素レベルに保たれる、請求項２０に記載の装置。
【請求項３９】
前記有孔二重分離プレートが星型、クモ型またはリング型に配置されている、請求項２０に記載の装置。
【請求項４０】
前記第１の処理区画内の前記予備焙焼後の前記バイオマスが、焙焼のために、重力によって前記第２の処理区画に移動される、請求項２０に記載の装置。
【請求項４１】
前記第１及び第２の高温ガスが、前記第１および第２の処理区画に効率的に供給され、前記第１および第２の処理区画内で均等に分配されるように、前記内側有孔壁、前記複数の有孔二重分離プレート、および／または前記有孔ダクトが、気体のみを透過させる、前記バイオマスまたは他の固体を透過させないように構成される孔を含む、請求項２０に記載の装置。
【請求項４２】
前記孔のそれぞれが、前記内側有孔壁、前記複数の有孔二重分離プレート、および／または前記有孔ダクトの壁から延びる突起であって、前記突起は、前記バイオマスが前記突起によって遮られる方向に向いた開口を前記突起が規定するように、前記壁の一部に穿孔することで形成される突起を有する、請求項４１に記載の装置。
【請求項４３】
前記突起を含む前記複数の孔を形成するための、前記内側有孔壁、前記複数の有孔二重分離プレート、および／または前記有孔ダクトの壁の一部の開口形成が、一枚の金属材料の打ち抜き又はパンチによって行われる、請求項４２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［著作権に関する告知］
この特許文書の開示の一部は著作権保護の対象となる資料を含む。特許商標庁の特許ファイルまたは記録に見られるように、著作権所有者は、特許文書または特許開示の誰かによるファクシミリ複製に異議を唱えないが、そうでなければすべての著作権を留保する。
［関連出願の相互参照］
関連出願はない。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、バイオマスの緻密化（又は、高密度化、又は、焼きしまり／densification）および焙焼（又は焙煎／torrefaction）システムを含むがこれに限定されないバイオマス処理方法および装置に関する。
【０００３】
特に石炭火力発電所および冶金産業のような重工業において、温室効果ガス（ＧＨＧ）の排出を減らすために、バイオマスを石炭火力炉で同時燃焼させることによって持続可能なエネルギーを発生させてＧＨＧを減らすことが可能である。しかしながら、バイオマスはまだその特性に繊維構造を持っているので、粉砕や粉砕は容易ではなく、殆どの石炭火力発電所が微粉炭炉に基づくために、前処理なしでは石炭火力発電所でバイオマスをより高い混合比率で同時燃焼させることはできない。他方、バイオマスのエネルギー値は石炭よりもはるかに低いので、石炭火力発電所の同じ設備インフラストラクチャを使用するためには、エネルギー密度ならびに粉砕性を高めるためにバイオマスの前処理が必須である。また、木質系から草本系、水系までの広い範囲のタイプのバイオマスは標準化を妨げるため、バイオマス燃料の世界市場の実現は困難である。異なるバイオマス入力に対して単一の標準的なバイオマス出力となる、多入力単一出力（ＭＩＳＯ）概念を実現するためには、バイオマスの緻密化および前処理が国内および国際標準化に達するために必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
焙焼（torrefaction）は、バイオマスが無酸素または低酸素環境において熱化学的前処理下に置かれる不完全な熱分解プロセス（図１）である。焙焼されたバイオマスの最終生成物は、疎水性であり、高いエネルギー密度を有し、そして容易に粉砕可能であり、石炭特性によりよく適合するので、石炭燃焼発電所における焙焼バイオマスの同時燃焼ははるかに容易であり、費用のかかる石炭火力発電所の既存設備インフラ改変または追加を必要としない。
【０００５】
他方、焙焼バイオマスは、接着剤として機能する常在リグニン（resident lignin）を使用してペレットまたはブリケット（briquettes）の形で緻密化するのは容易ではない。これは、必要とされる高い焙焼温度は、焙焼バイオマス中のリグニンの濃度を低下させ、そして常在リグニンのガラス転移温度をさらに上昇させるので、従来のペレットプレスは現在の技術的限界を超える高温およびさらに高いエネルギー消費で操作しなければならないためである。焙焼バイオマスの緻密化プロセスを容易にするために、一般に外部結合剤（バインダー）が添加される。残念なことに、外部結合剤は通常疎水性ではないので、追加の結合剤を含む焙焼ペレットまたはブリケットは水分を吸収し、特に雨や雪の季節にはそれ自身で水を吸収して分解し、物流および貯蔵の問題を引き起こす。
【０００６】
先行技術においては、焙焼プロセスを開始する前に、原料を完全に乾燥させる必要があることが知られている。
【０００７】
米国特許第９，３４７，０１１号は、第１処理装置が主として湿った非緻密化バイオマスを乾燥させ、第２処理装置が焙焼を行う、異なるプロセス技術の２つの別々の焙焼処理装置を有する焙焼システムを教示している。第１の処理装置は、供給原料の柔軟性が限られており、おが屑などの木質バイオマスを処理するように最適化されている流動床反応器タイプのものである。他方、ペレットまたはブリケットの形態の緻密化バイオマスは流動床反応器には適していないので、前記焙焼システム用の原料は非緻密化バイオマスでなければならない。ペレットまたはブリケットの形の焙焼後のさらなる緻密化はエネルギーを消費しそして一般に疎水性ではない追加の結合剤を必要とするかもしれない。
【０００８】
米国特許第９，２０６，３６８号明細書は、１つの単一処理段階の質量流焙焼反応器を教示している。この従来型の反応器タイプの欠点は、特に大量反応生産量のために大型反応器にスケールアップするときの「トンネリング効果」であり、そこでは反応器チャンバの底部から来る高温ガスがバイオマスを通る最も近いガス出口への近道を見つけて、これにより、反応器チャンバ内に異なる高温および低温ゾーンが形成され、不均一な品質の焙焼バイオマスがもたらされる。一方、単一の処理段階における温度、酸素含有量および滞留時間の焙焼パラメータの制御は、異なる特性および水分含有量に関連する異なる種類のバイオマスに対処するのに十分に柔軟ではないので、ＭＩＳＯの概念はほとんど実現不可能である。さらに、前記焙焼システムのための原料は、「２５％以下の水分含有量を有し、約１３ｍｍ〜約７５ｍｍのサイズを有する」不均一かつ緻密化されていないバイオマスであるため、均一なペレットまたはブリケットの形態の焙焼後の緻密化は、エネルギーを消費し、一般に疎水性ではない追加のバインダーを必要とするかもしれない。
【０００９】
したがって、本発明を用いて従来技術の焙焼システムを改良することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述の必要性は、本明細書に開示されている様々な態様および実施形態によって満たされる。
【００１１】
ペレット化およびブリケット化の緻密化段階が焙焼段階の後に行われる場合、緻密化のための追加のバインダーの使用を回避するために、最初に焙焼段階に入る前に均一なペレットまたはブリケットの形態でバイオマスを緻密化することが本発明の目的の１つである。一方、異なる原料からの緻密化バイオマスは、ＭＩＳＯコンセプト実現のために、緻密化段階および焙焼段階のそれぞれについて対応する制御された焙焼パラメータを有する２段階コンパクト移動床反応器型における焙焼のために最適化することができる共通の均一サイズを有する。
【００１２】
本発明の他の目的は、結合剤を使用せずに経済的な焙焼ペレットまたはブリケットを疎水性特性で製造するための費用効果の高い焙焼方法および装置を提供し、これにより、石炭火力発電所の既存設備を大幅に変更することなく、ＭＩＳＯの概念に適応することができ、実現可能な価格の機器をベースとした連続的な焙焼プロセスでの商業的な量産への規模拡大を容易に達成することである。
【００１３】
本発明のさらに別の目的は、不均一な焙焼生成物を生じさせるコンパクト移動床焙焼反応器中の各バイオマスペレットまたはブリケットについての「トンネリング効果」および異なる滞留時間を回避することである。本発明は、「トンネリング効果」を最小にする星型、クモ型またはリング型の熱風分配システムを提供し、したがって熱風は、焙焼処理チャンバ内で同じ設定温度ですべてのバイオマスと均一に接触する。処理チャンバの上から下までの全体を通過する各ペレットまたはブリケットの滞留時間を一定に保つために、焙焼処理チャンバの上部にあるワイパーアームが投入バイオマスを均等に分配し、処理チャンバの終わりにあるバイオマス排出装置が焙焼されたバイオマスのスループットを均一に規制する。本発明の小型移動床反応器の焙焼チャンバは、それらの特性および含水量に関連して多様性を有するバイオマスに対処するために、さらに第１の処理段階（予備焙焼段階）および第２の処理段階（焙焼段階）に分けら、これにより、ＭＩＳＯのコンセプトは、本発明を用いて達成することがより容易になり得る。
【００１４】
したがって、本発明の第１の態様は、緻密化段階、第１の処理段階、第２の処理段階、及び冷却処理段階を含むバイオマス処理装置においてバイオマスを処理するための方法に関する。
前記緻密化段階は、実質的に乾燥された小サイズ化されたバイオマスを連続式またはバッチ式のバイオマス処理装置に供給するステップを有し、前記バイオマスは、ある量の水分を含有する。
１実施形態では、前記バイオマスに含まれるある量の水分は、８ｗｔ％〜１２ｗｔ％である。
前記緻密化段階は、前記バイオマスをペレットまたはブリケットの形態にするステップを含む。
前記緻密化段階は、ペレットまたはブリケットの形態の前記緻密化されたバイオマスを前記第１の処理段階へ放出するステップを含む。
前記第１の処理段階は、前記ある量の水分を含有する前記緻密化されたバイオマスを第１滞留時間にわたって予備焙焼温度まで加熱するステップを有する。
１実施形態では、前記第１の処理段階で使用される前記予備焙焼温度は、２６０℃〜３００℃の範囲である。
前記第１の処理段階における前記加熱によって前記水分を蒸発させることによって前記バイオマスから水分を蒸発させることによって前記バイオマスは、さらに乾燥され、又は完全に乾燥され、前記バイオマスは、前記加熱の後で、少なくとも部分的に焙焼されたバイオマス又は予備焙焼されたバイオマスとなる。
前記予備焙焼したバイオマスは、その後、前記第１の処理段階から前記第２の処理段階に放出される。
前記第２の処理段階は、前記予備焙焼されたバイオマスを第２滞留時間の間、焙焼温度まで加熱するステップを有する。１実施形態では、前記焙焼温度は、２４０℃〜２８０℃の範囲である。前記第２滞留時間は、第１滞留時間以上であり得る。１実施形態では、本方法における第１及び第２滞留時間のための実際の滞留時間は、第１及び第２の処理段階が実行される区画の対応する高さに依存し、また、第２の処理段階における焙焼の後の焙焼されたバイオマスの放出速度に依存する。前記予備焙焼されたバイオマスは、前記第２の処理段階における前記加熱の後で焙焼されたバイオマスとなり、前記焙焼されたバイオマスは前記第２の処理段階から前記冷却処理段階に放出される。
前記冷却処理段階は、前記焙焼されたバイオマスを１００℃以下に冷却するステップを含む。１実施形態では、前記焙焼されたバイオマスは、前記冷却処理段階での冷却で概略室温まで冷却される。他の実施形態では、前記冷却処理段階での冷却は、前記焙焼されたバイオマスを水と直接接触させることにより行われる。例示的な実施形態では、本方法の前記第１及び第２の処理段階は、同一の焙焼装置内で行われ、これは、２つの別個の装置で行われる従来の方法と相違する。第１の高温ガスおよび第２の高温ガスが、それぞれ、上記予備焙焼温度および焙焼温度に達するように上記第１および第２の処理段階に供給される。１実施形態では、前記第１の高温ガスは、少なくとも１つの第１の高温ガス入口により前記第１の処理段階に少なくとも供給され、その残りは、少なくとも１つの第１の高温ガス出口により前記第１の処理段階から放出される。
他の実施形態では、前記第２の高温ガスは、少なくとも１つの第２の高温ガス入口により前記第２の処理段階に少なくとも供給され、その残りは、少なくとも１つの第２の高温ガス出口により前記第２の処理段階から放出される。
前記第２の高温ガス入口の前記第２の高温ガスは、前記第１の高温ガス入口の前記第１の高温ガスと同じかそれ未満の温度を有する。
前記第１の高温ガス及び／又は前記第２の高温ガスは、酸素を含有し得る。
１実施形態では、前記第１の高温ガスは、前記第１の処理段階に供給される前記緻密化されたバイオマスと直接接触し、前記第１の高温ガスは、１０体積％以下の酸素を含有する。
他の実施形態では、前記第２の高温ガスは、前記第２の処理段階に供給される前記予備焙焼されたバイオマスと直接接触し、前記第２の高温ガスは、３体積％以下の酸素を含有する。
前記第１及び／又は第２の処理段階後に、揮発性可燃性ガスを含む、前記第１の高温ガスの残りの部分及び／又は前記第２の高温ガスの残りの部分が再循環され得る。
１実施形態では、前記第１の処理段階の後で前記第１の高温ガス出口から放出された前記第１の高温ガスの前記残りの部分は、１つ以上の熱交換を介して、前記第１の高温ガス入口を通して前記第１の処理段階に後に供給される第１の高温ガスを加熱するための煙道ガスを生成するために燃焼バーナーに再循環される。
他の実施形態では、前記第２の処理段階の後で前記第２の高温ガス出口から放出された前記第２の高温ガスの前記残りの部分は、１つ以上の熱交換を介して、前記第２の高温ガス入口を通して前記第２の処理段階に後に供給される第２の高温ガスを加熱するための煙道ガスを生成するために燃焼バーナーに再循環される。
前記燃焼バーナーは、熱交換を介して第１及び第２の高温ガスを加熱するための煙道ガスに対して、同一又は相違し得る。
任意的には、前記熱交換から出た煙道ガスは、前記緻密化段階の前などの他の段階に熱をすることができ、前記熱交換段階から出た煙道ガスは、ペレット化又はブリケット化の前前記緻密化段階に導入する前にバイオマスの水分含有量を８ｗｔ％〜１２ｗｔ％の範囲に減少させるために使用され得る。
前記１つ以上の熱交換を介して燃焼バーナーへの第１及び／又は第２の高温ガスの残りの部分を再循環させることで、本方法は、前記第１及び／又は第２処理段階に最初に第１及び／又は第２の高温ガスが供給された後は自己維持される。
【００１５】
本発明の第１の態様における前記プロセスは、すべての重要なパラメータが所定の焙焼条件を確実に満たすように、以下のパラメータのうちの１つ以上を監視および／または制御するための制御システムによる監視および制御ステップをさらに含む：前記プロセスの異なる段階におけるバイオマス中の実際の水分量、実際の酸素、第１および第２の処理段階のための区画内の高温ガスの含有量、チャンバの実際の温度、および／または第１および第２の滞留時間のための実際の時間。本発明の第１の態様における前記方法の前記監視および制御ステップは、センサおよび制御装置を有するシステムによって実行することができる。
【００１６】
本発明の第１の態様の実施形態によれば、本方法を実施するために使用される連続式またはバッチ式バイオマス処理システムはコンパクト移動床反応器である。
【００１７】
本発明の第２の態様では、処理チャンバを含む連続式またはバッチ式バイオマス処理装置が提供される。例示的な実施形態では、前記処理チャンバはコンパクト移動床反応器型である。前記処理チャンバは、好ましくは二重壁ハウジングを含み、好ましくは実質的に垂直な軸を画定する環状形態である。前記処理チャンバは、第一処理区画と第二処理区画とを含む。
前記処理チャンバはさらに、実質的に乾燥され高密度化されたバイオマスをチャンバ内に供給するために前記処理チャンバの上部に配置された少なくとも１つのガスシール弁入口；バイオマス分配装置；前記処理チャンバの底部に配置され、粒子状の焙焼バイオマスを均一に排出するバイオマス排出装置；最終の焙焼バイオマス出口としての少なくとも１つのガスシールバルブ出口；それぞれ、第１高温ガスを処理チャンバの第１処理チャンバに供給し、第１の高温ガスの残りの部分を処理チャンバの第１処理区画から再循環のために排出するための少なくとも１つの第１の高温ガス入口および少なくとも１つの第１の高温ガス出口；それぞれ、第２高温ガスを処理チャンバの第２処理区画に供給し、第２高温ガスの残りの部分を再循環のために処理チャンバの第２処理区画から排出するための少なくとも１つの第２高温ガス入口および少なくとも１つの第２高温ガス出口；前記二重壁ハウジングの外壁と内側有孔壁であって、前記二重壁ハウジングの外壁と内側有孔壁の間に間隙が画定されている、前記二重壁ハウジングの外壁と内側有孔壁；星形、クモ形またはリング形に配置された複数の有孔二重分離プレートを含む高温ガス分配システム；処理チャンバの中央に配置された少なくとも１つの有孔ダクトを有する。
一実施形態では、前記内側有孔壁、前記少なくとも１つの有孔ダクト及び有孔二重分離プレートのシステムは、垂直軸に沿って処理チャンバの底部から頂部へと上昇する。好ましい実施形態では、第１の高温ガス入口（単数／複数）は、処理チャンバの第１の処理区画の頂部に取り付けられている。
第１の高温ガスは、第１の高温ガス入口を通って供給され、次に、第一滞留時間の間、処理チャンバの第一処理区画に供給された全てのバイオマスを所定の温度に均一に加熱するため二重壁ハウジングの内周間隙と星型またはクモ型またはリング状に配置された内側有孔二重分離プレートの間隙に沿って吹き込まれる。
その後、第１の処理段階後の第１の高温ガスの残りの部分は、処理チャンバの中央にある有孔ダクトを通して回収され、少なくとも１つの第１の高温ガス出口によって排出される。好ましくは、熱交換を介して第１の高温ガスの残りの部分から熱を第１の処理区画に再循環させるために第１の高温ガスの残りの部分を改修するために、少なくとも１つの第１の高温ガス出口が第１処理区画の底部に取り付けられる。好ましい実施形態では、第２の高温ガス入口は処理室の第２の処理区画の底部に取り付けられている。
第２の高温ガスは、第２の高温ガス入口を通って供給され、次に、処理チャンバーの第二処理区画に供給される全てのバイオマスを第二滞留時間の間所定の温度に均一に加熱するため、二重壁ハウジングの内側周辺間隙と星型または蜘蛛型またはリング状に配置された内側有孔二重分離プレートの間隙に沿って吹き込まれる。
その後、第２の処理段階後の第２の高温ガスの残りの部分は、第２の処理区画の中央にある有孔ダクトを通して回収され、少なくとも１つの第２の高温ガス出口によって排出される。好ましくは、熱交換を介して第２の高温ガスの残りの部分から熱を第二処理区画に再循環させるために第２の高温ガスの残りの部分を改修するために、少なくとも１つの第２の高温ガス出口が第２処理区画の上部に取り付けられる。
さらに、処理チャンバは、処理チャンバの各パーツ／部分／区画内の所定の条件に従って異なるパラメータを監視および制御するための制御システムを含み得る。
【００１８】
本発明の第２の態様の一実施の形態によれば、前記バイオマス分配装置は、前記ガスシールバルブ入口を介して第１の処理区画に排出される前に、高密度化されたバイオマスを均等に分配するために、モータによって駆動される回転ワイパホイールに取り付けられた少なくとも１つの回転ワイパアームを備える。
【００１９】
本発明の第２の態様の実施形態によれば、前記バイオマス排出装置は、少なくとも１つの回転モータによって駆動される２つの同軸回転ディスクを含み、各同軸回転ディスクは、交互に配置された星形の複数開口と複数ブロックを有し、前記２つの同軸回転ディスクは、制御された出力速度に従って第２の処理区画から均一に焙焼されたバイオマスを排出するために、互いに同じまたは反対方向に、同じまたは異なる速度で回転する。
【００２０】
本発明の第２の態様の一実施形態によれば、前記第１処理区画の二重壁ハウジングの間隙および有孔二重分離プレートの間隙、ならびに、前記第２の処理区画の二重壁ハウジングの間隙および有孔二重分離プレートの間隙は、予備焙焼したバイオマスが何の閉塞もなく第１の処理区画から第２の処理区画へ移動しつつ、第１の処理区画と第２の処理区画の間または第１と第２の処理段階の間のガスまたは温度の衝突を回避するために、無孔仕切板によって分離される。
【００２１】
本発明の第２の態様の一実施の形態によれば、星形または蜘蛛形に配置された前記有孔二重分離プレートは、前記処理チャンバの中央に配置された前記有孔ダクトに接続された少なくとも１つの第１の端部を含む。
【００２２】
本発明の第２の態様の他の実施形態によれば、星形または蜘蛛形に配置された前記二重有孔分離プレートは、前記処理チャンバの前記内側有孔壁に接続された少なくとも１つの第２の端部を含む。
【００２３】
本発明の第２の態様の実施形態によれば、前記有孔二重分離プレートは、前記処理チャンバを少なくとも２つの垂直部分に分割する。
【００２４】
本発明の第１または第２の態様の一実施形態によれば、前記第１処理段階または前記第１処理区画で処理された後の予備焙焼されたバイオマスは重力によって前記第２処理段階または前記第２処理区画に排出される。
【００２５】
本発明の第２の態様の一実施の形態によれば、上記第１の高温ガス入口からの上記第１の高温ガスは１０体積％以下の酸素を含む。
【００２６】
本発明の第２の態様の一実施の形態によれば、上記第２の高温ガス入口からの上記第２の高温ガスは３体積％以下の酸素を含む。
【００２７】
本発明の第２の態様の実施形態によれば、前記第１処理区画内の前記所定の温度は２６０から３００℃の範囲である。
【００２８】
本発明の第２の態様の実施形態によれば、前記第２の処理区画内の前記所定の温度は２４０から２８０℃の範囲である。
【００２９】
本発明の第２の態様の実施形態によれば、前記第２の高温ガスは前記第１の高温ガスの温度以下の温度に維持される。
【００３０】
本発明の第２の態様の実施形態によれば、前記第２処理区画は前記第１処理区画の高さと等しいかそれより高い高さを有する。
【００３１】
本発明の第１または第２の態様の実施形態によれば、第１および第２処理段階または第１および第２処理区画内で処理されているバイオマスに対するそれぞれの第１および第２滞留時間の持続時間は、第１および第２の処理区画の高さおよび／または前記バイオマス排出装置の制御された排出速度に依存する。
【００３２】
本発明の第１または第２の態様の実施形態によれば、前記制御システムは、各段階または区画においてすべてのパラメータが所定の条件に適合することが確実になるように、水分量、酸素含有量、温度および滞留時間をリアルタイムで監視および制御するセンサおよび制御装置を含む。
【００３３】
本発明は、本明細書において個々にまたはまとめて参照または指摘されたすべてのステップおよび特徴、ならびにそれらのステップまたは特徴のいずれかおよびすべての組み合わせ、あるいはいずれか２つ以上を含む。本発明はまた、本明細書に記載されているような全ての変形および修正を含む。
【００３４】
本発明の他の態様および利点は、以下の説明を検討することから当業者には明らかであろう。
【００３５】
本発明および方法のこれらおよび他の例および特徴は、部分的に以下の詳細な説明に記載されるであろう。この要約は、本発明の概要を提供することを意図しており、排他的または網羅的な説明を提供することを意図していない。以下の詳細な説明は、本開示および方法に関するさらなる情報を提供するために含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
本発明の上記および他の目的および特徴は、添付図面及び以下の本発明の説明から明らかになるであろう。
【００３７】
図１は、木質バイオマスの熱分解プロセスの異なる段階で必要とされるエネルギー密度と時間および温度との間の一般的な関係を示す曲線である。
【００３８】
図２Ａは、本発明の一実施形態による本プロセスの緻密化段階および焙焼段階を示す流れ図である。
【００３９】
図２Ｂは、本発明の他の実施形態による追加の制御および監視ステップを伴う本プロセスの緻密化段階および焙焼段階を示す他のフローチャートである。
【００４０】
図３は、本発明の一実施形態による本装置における異なる材料の構造および流れを示す概略図であり、異なる材料の流れの方向は矢印で表されている。
【００４１】
図４は、本発明の一実施形態による本装置のガスシールバルブ入口からのバイオマスを分配する装置の上面図である。
【００４２】
図５Ａは、本発明の一実施形態に係る本装置のバイオマス排出装置の斜視図である。
【００４３】
図５Ｂは、本発明の一実施形態に係る本装置のバイオマス排出装置の２つの同軸ディスクの構造を示す概略図であり、陰影部分はブロックを表し、陰影部分は各ディスクの開口部を表す。
【００４４】
図６Ａは、本装置または本方法で使用される星型高温ガス分配システムを示す有孔二重分離プレートの断面図（図３の断面Ａ−Ａ’または断面Ｂ−Ｂ’）である。
【００４５】
図６Ｂは、本発明の装置または本発明の方法で使用される星型高温ガス分配システムを示す有孔二重分離プレートの斜視図である。
【００４６】
図７Ａは、本装置における又は本プロセスにおいて使用されるクモ状高温ガス分配システムを示す有孔二重分離プレートの断面図（図３の断面Ａ−Ａ’又は断面Ｂ−Ｂ’）である。
【００４７】
図７Ｂは、本装置における又は本プロセスにおいて使用される別のクモ状高温ガス分配システムを示す有孔二重分離プレートの断面図（図３の断面Ａ−Ａ’又は断面Ｂ−Ｂ’）である。
【００４８】
図８は、本装置における又は本プロセスにおいて使用されるリング状高温ガス分配システムを示す有孔二重分離プレートの断面図（図３の断面Ａ−Ａ’または断面Ｂ−Ｂ’）である。
【００４９】
図９は、本発明の一実施形態に係る内側二重分離プレートの孔の構造を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
［定義］
本明細書において、用語「ａ」または「ａｎ」は、１つまたは複数を含むために使用され、用語「または」は、他に示さない限り、非排他的な「または」を指すために使用される。さらに、本明細書で使用され、他に定義されていない表現または用語は、説明のみを目的としており、限定を目的としていないことを理解されたい。さらに、本明細書で言及される全ての刊行物、特許、および特許文書は、個々に参照により組み込まれるのと同様に、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。この文書と参照によりそのように組み入れられているそれらの文書との間で矛盾する用法がある場合には、組み入れられた参考文献における用法はこの文書のそれに対する補足と考えられるべきである。矛盾しない矛盾については、この文書での使用法が支配する。
【００５１】
用語「約」は、記載されている値または記載されている範囲の限界の例えば１０％以内、または５％以内など、値又は範囲のある程度の変動性を許容し得る。
【００５２】
「〜から独立して選択される」という用語は、文脈がそうでないことを明確に示さない限り、同じ、異なる、またはそれらの混合である示称群を指す。したがって、この定義の下では、「Ｘ１、Ｘ２、およびＸ３は、希ガスから独立して選択される」という句は、例えば、Ｘ１、Ｘ２、およびＸ３がすべて同じである場合、Ｘ１とＸ２は同じだがＸ３は異なる場合、その他の類似の組み合わせを含む。
【００５３】
明細書中の「一実施形態」、「実施形態」、「例示的実施形態」などへの言及は、説明された実施形態が特定の特徴、構造、または特性を含むことができることが、すべての実施形態がそのような特徴、構造、または特性を必ずしも含まないことを示す。さらに、そのような表現は必ずしも同じ実施形態を参照しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造、または特性が実施形態に関連して説明されるとき、明示的に示されていなくても、他の実施形態に関連してもそのような特徴、構造、または特性に影響を及ぼすことは、当業者の知識の範囲であることに留意されたい。
【００５４】
範囲形式で表現された値は、範囲の限界として明示的に列挙された数値だけでなく、その範囲内に包含されるすべての個々の数値または部分範囲が（あたかも、その値及び部分範囲が明示的に記載されているかのようにして）含まれるものとして柔軟に解釈されるべきである。例えば、「約０．１％〜約５％」の濃度範囲は、明示的に列挙された約０．１〜約５ｗｔ重量％の濃度だけでなく、その示された範囲内の個々の濃度（例えば、１％、２％、３％、および４％）および部分範囲（例えば、０．１％から０．５％、１．１％から２．２％、および３．３％から４．４％）もまた含むものと解釈すべきである。
【００５５】
本明細書を通じて、文脈上別段の要求がない限り、「含む／comprise」またはその変形である「含む／comprises」又は「含んでいる／comprising」などは、記載された整数または整数群を含むことを意味するが、それ以外の整数または整数群を排除するものではない。本開示、特に特許請求の範囲および／または段落において、「含む／comprise」またはその変形である「含まれる／comprised」又は「含んでいる／comprising」などは、米国特許法においてこれらに帰属する意味を有し得ることに留意されたい。例えば、それらは「含む／include」、「含まれる／included」、「含んでいる／including」などを意味することができる。同様に、「本質的にからなる／consisting essentially of」および「本質的にからなる／consists essentially of」などの用語は、米国特許法でそれらに帰属する意味を有し、例えばそれらは明示的に列挙されていない要素を含み得るが、先行技術に見出されまたは本発明の基本的または新規な特徴に影響する要素を排除するように解釈される。
【００５６】
さらに、本明細書および特許請求の範囲を通して、文脈上別段の要求がない限り、「含む／include」又は「含まれる／included」、「含んでいる／including」などの変形は、記載の整数または整数群を含むことを含意するが、他の整数または整数のグループの除外を含意しない。
【００５７】
本明細書に記載のバイオマス処理方法では、時間的順序または動作順序が明示的に列挙されている場合を除いて、本発明の原理から逸脱することなくステップを任意の順序で実行することができる。最初にあるステップが実行され、その後いくつかの他のステップがその後に実行されるという請求項における記載は、他のステップ内で順序がさらに記載されていない限り、最初のステップが他の任意のステップの前に実行されるが、他のステップは任意の適切な順序で実施されることを意味すると解釈されるべきである。
例えば、「ステップＡ、ステップＢ、ステップＣ、ステップＤ、およびステップＥ」と記載されているクレーム要素は、ステップＡが最初に実行され、ステップＥが最後に実行され、ステップＢ、Ｃ、およびＤはステップＡとＥとの間で任意の順序で実施することができ、その順序は依然として請求された方法の文言通りの範囲内にある。所与のステップまたはステップのサブセットも繰り返すことができる。
【００５８】
さらに、明示的な請求項の表現がそれらが別々に実行されることを記載しない限り、特定のステップは同時に実行されることができる。例えば、クレームされたＸを行うステップとクレームされたＹを行うステップは、単一の操作内で同時に実行することができ、その結果であるプロセスは、クレームされたプロセスの文言通りの範囲内に入る。
【００５９】
「バイオマス」という用語は、これらに限定されないが、木質バイオマス（例えばおがくず、森林残渣など）、草本バイオマス（例えばトウモロコシ茎及び残渣、サトウキビバガス、サトウキビ残渣など）、果実バイオマス、水生バイオマス、ブレンド、混合物を含む、任意の有機材料、好ましくは任意の植物または植物ベースの有機材料を指すと理解される。
【００６０】
本明細書で使用される選択された用語の他の定義は、本発明の詳細な説明の中に見出され、全体を通して適用され得る。他に定義されない限り、本明細書で使用される他のすべての技術用語は、本発明が属する技術分野の当業者に一般に理解されるのと同じ意味を有する。
【００６１】
［発明の詳細な説明］
以下において、説明は好ましい例として記載される。本発明の範囲および精神から逸脱することなく、追加および／または置換を含む修正を加えることができることは当業者には明らかであろう。本発明を曖昧にしないために、具体的な詳細は省略されることがある。しかしながら、本開示は、当業者が過度の実験なしに本明細書の教示を実施することを可能にするように書かれている。
【００６２】
以下の実施例は本発明の態様を例示するために提示されるが、記載された特定の態様に本発明を限定することを意図しない。特に断らない限り、全ての部および百分率は重量による（すなわち、重量部、重量％により記載されている）。すべての数値は概数である。数値範囲が示されている場合、記載された範囲外の実施形態は依然として本発明の範囲内にあり得ることを理解されたい。各実施例に記載される特定の詳細は、本発明の必須な特徴として解釈されるべきではない。
【００６３】
［実施例］
【００６４】
図２Ａは、緻密化段階（５００）、第１の処理段階（８００）および第２の処理段階（９００）、ならびに冷却処理段階（６００）を含む連続式またはバッチ式バイオマス処理システムでバイオマスを処理するためのプロセスを示す。図２Ｂでは、図２Ａに示されている段階に加えて、センサおよび制御装置を有する追加の制御システム（３００）が、全てのパラメータが所定の緻密化および焙焼条件に適合することを確実にするための実水分量、実酸素含有量、実温度、ガスの流量、および滞留時間などをリアルタイムで監視および制御するためのプロセスに組み込まれている。このプロセスは、好ましくは８重量％〜１２重量％の水分量を含む実質的に乾燥され、小サイズ化されたバイオマス（10）を緻密化段階（５００）供給してペレットまたはブリケットの形態の緻密化バイオマスを製造し、この緻密化バイオマスを緻密化段階（５００）から第１の処理段階（８００）に排出し、これは、水分を含む緻密化バイオマスを、好ましくは２６０〜３００℃の範囲の予備焙焼温度で、そして第１滞留時間の間加熱することを含み、ここで、水分を含む緻密化バイオマスは、第１の処理段階（８００）において水分を蒸発させることによって実質的にかつ完全に乾燥され、この第１の処理段階（８００）の後にこの緻密化バイオマスは少なくとも部分的に予備焙焼されたバイオマスを形成するように焙焼される。その後、予備焙焼したバイオマスは、第１の処理段階（８００）から第２の処理段階（９００）に排出され、ここでは、焙焼したバイオマス（２０）を形成するために、第２の処理段階（９００）に供給された予備焙焼したバイオマスを、好ましくは２４０〜２８０℃の範囲で第２の滞留時間だけ加熱するステップと、焙焼したバイオマス（２０）をバイオマス排出装置（７０）およびガスシールバルブ出口（２５）を介して第２の処理段階（９００）から冷却処理段階（６００）に排出するステップを有する。再回収（recapture）した高温ガスを第１及び第２の処理段階に再導入するために、第１及び第２の処理段階を経た後の再回収した高温ガスの一部を加熱するための燃焼バーナーからの煙道ガス（１２）を用いた熱交換によって行われる熱交換工程（７００）もある。熱交換からの煙道ガス（１２）はまた、前記緻密化段階（５００）の前などの他の段階（７０１）に熱を供給することができ、ペレット化またはブリケット化の緻密化工程に導入する前に、熱交換工程（７００）からの煙道ガス熱を使用して、バイオマスの含水量を８重量％〜１２重量％の範囲に減少させることができる。
【００６５】
好ましくは、本発明の方法の第１の処理段階（８００）および第２の処理段階（９００）は同じ処理チャンバ（処理室）内で行われる。同じ処理チャンバ内で第１および第２の処理段階を実行することは、従来の方法と比較して同じ量の時間および温度を使用しながら、本方法によるバイオマスの焙焼に必要なエネルギーを下げることができる。本発明の方法によれば、バイオマスの焙焼のための時間および温度を下げることができる一方で、従来の方法と同じ量のエネルギーを使用することができる。全体として、本プロセスは、従来の方法と比較して、バイオマスの焙焼に使用されるエネルギー、時間および温度を少なくとも節約することができ、コスト削減につながる。
【００６６】
本方法の第１の処理段階（８００）および第２の処理段階（９００）の間、対応する連続式またはバッチ式バイオマス処理システムまたは装置は、図３に示されるように、それぞれの第１の高温ガスおよび第２の高温ガスが装置のそれぞれの処理区画に出入りするため、少なくとも１つの第１の高温ガス入口（１１０）および少なくとも１つの第１の高温ガス出口（１１１）と、少なくとも１つの第２の高温ガス入口（２２０）および少なくとも１つの第２の高温ガス出口（２２２）を含む。
【００６７】
図３では、第１の処理段階が行われる第１の処理区画内の第１の高温ガス入口（１１０）からの第１の高温ガス（１１）は、ガスシールバルブ入口（１５）を介する緻密化段階からの実質的に乾燥され緻密化されたバイオマスと直接接触し、ここで、前記第１の高温ガスは、１０体積％以下の酸素を含む。第２の処理段階が行われる第２の処理区画内の第２の高温ガス入口（２２０）からの第２の高温ガス（２２）は、第１の処理段階からの予備焙焼バイオマスと直接接触し、ここで、前記第２の高温ガスは、３体積％以下の酸素を含む。
【００６８】
揮発性可燃性ガスを含む第１の処理区画の第１の高温ガス出口（１１１）からの第１の高温ガス（１１）の少なくとも一部（１１ａ）は、熱交換を介して再回収した第１の高温ガス（１１）の一部を加熱して第１の処理区画に再導入するための煙道ガス（１２）を生成するために燃焼バーナー（４００）に再循環される。同様に、揮発性可燃性ガスを含む第２の処理区画の第２の高温ガス出口（２２２）からの第２の高温ガス（２２）の少なくとも一部（２２ａ）は、熱交換を介して再回収された第２の高温ガス（２２）の一部を加熱して第２の処理区画に再導入するための煙道ガス（１２）を生成するために燃焼バーナー（４００）に再循環される。
【００６９】
第１の処理段階は、緻密化されたバイオマス（１０）中の全ての残留水分を完全に乾燥させるために使用されるので、第１の処理段階におけるバイオマスの第１滞留時間は、実際の焙焼が行われる第２の処理段階の第２滞留時間と同じか又はそれ未満である。
【００７０】
第１の処理段階において比較的より低温の緻密化されたバイオマス（１０）の残留水分を迅速に乾燥させるために、第１の処理段階における第１の高温ガス入口（１１０）における第１の高温ガス（１１）の温度は、第１の処理段階の第２の高温ガス入口（２２０）における第２の高温ガス（２２）の温度と同じかそれを越える温度に設定される。第１の高温ガス入口および第２の高温ガス入口における第１の高温ガスおよび第２の高温ガスの温度は、それぞれ制御監視装置（図２Ｂの３００）によって監視および制御することができる。
【００７１】
次いで、高温の焙焼ペレットまたはブリケットは反応性であるので、第２の処理段階から出た焙焼バイオマスは、冷却段階（６００）で１００℃未満の温度、好ましくはほぼ室温（例えば２５℃）に冷却される。冷却段階は、焙焼バイオマスを冷却ガスと直接接触させることによって、または焙焼バイオマスを水と直接接触させることによって実施される。
【００７２】
図３は、本発明の方法に従ってバイオマスを処理するための連続式またはバッチ式コンパクト移動床反応器型装置を提供する。前記装置は、二重壁ハウジングを有する処理チャンバを含み、好ましくは実質的に垂直な軸を画定する環状形態である。二重壁ハウジングの外壁と内壁との間には、内側周辺間隙が画定されている。前記処理チャンバは、処理チャンバの頂部からの少なくとも１つのガスシールバルブ入口（１５）を介したバイオマス供給源（１０）、少なくとも１つのバイオマス分配装置（４０）、処理チャンバの底部で焙焼バイオマス粒子を均等に排出するためのバイオマス排出装置（７０）、少なくとも１つのガスシールバルブ出口（２５）を介した少なくとも１つの最終焙焼バイオマス出口、第１の処理段階のための少なくとも１つの第１の高温ガス入口（１１０）および少なくとも１つの第１の高温ガス出口（１１１）、第２の処理段階のための少なくとも１つの第２の高温ガス入口（２２０）と少なくとも１つの第２の高温ガス出口（２２２）、処理チャンバの二重壁ハウジングの内側有孔壁（６０）、処理チャンバ内で星形またはスパイダ状またはリング状に配置された複数の有孔二重分離プレート（６２）、処理チャンバの中央に配置された少なくとも１つの有孔ダクト（９１、９２）を有し、内側有孔壁（６０）、有孔二重分離プレート（６２）及び有孔ダクト（９１、９２）は、垂直軸に沿って処理チャンバの底部から頂部まで上昇し、第１の高温ガス（１１）は、好ましくは第１の処理区画の頂部に取り付けられた少なくとも１つの第１の高温ガス入口（１１０）に供給され二重壁ハウジングの内側周辺間隙と星形またはクモまたはリング形の形態の有孔二重分離プレート（６２）の間隙に沿って吹き込まれて、第１の処理区画内の全ての緻密化バイオマス（１０）を均一に加熱し、最終的に処理チャンバの中央に配置された有孔ダクト（９１）を通して回収され、好ましくは第１の処理区画の底部に取り付けられた少なくとも１つの第１の高温ガス出口（１１１）より排出される。同様に、第２の高温ガス（２２）は、好ましくは第２の処理区画の底部に取り付けられた少なくとも１つの第２の高温ガス入口（２２０）に供給され、二重壁ハウジングの内側周辺間隙および星形又はクモ状またはリング状に配置された有孔二重分離プレート（６２）の間隙に沿って吹き込まれて、第２の処理区画で均一に全ての予備焙焼バイオマスを加熱し、処理チャンバの中央に配置された有孔ダクト（９２）を介して最後に回収され、好ましくは第２の処理区画の頂部に取り付けられた少なくとも１つの第２の高温ガス出口（２２２）により排出される。
【００７３】
製造規模に応じて、好ましくは環状形態の多数の二重壁構造をさらに処理チャンバに導入することができる。より大きな生産規模の場合には、処理チャンバの二重壁ハウジングの内側に、環状の追加の二重壁構造を導入することができ、当該環状の追加の二重壁構造は、他の高温ガス入口のための内側間隙を画定する内壁及び外壁（一方または両方の壁は有孔であり得る）を有することができ、他の高温ガス入口は、それら環状形態の追加の二重壁構造の内側間隙に沿って高温ガスを導き、その後、それらの二重壁構造の外側および内側有孔壁から第１および第２の処理区画のいずれかまで通過させる。言い換えれば、本装置は、二重壁構造を処理チャンバ内に追加することによって容易に拡大することができる。
前記二重壁構造を導入することの利点の１つは、生産規模が増大するときに処理されるバイオマスの体積が増大したとしても、高温ガスを処理チャンバ内に効率的かつ均一に分配することができることである。従来の焙焼反応炉は通常は改変の際の形状及び設計によって制限されるので、本発明において処理チャンバ内に追加の二重壁構造を導入することによるスケールアップのコストは、増大する生産規模に対処するための従来の焙焼反応炉の改変よりも比較的低い。本発明の装置は、スケールアップの場合に従来の焙焼反応炉に勝る他の利点を有し、それは、より多くの高温ガスを処理チャンバに向けるために多数の二重壁構造が導入されても、高温ガスの残りの部分を導くために、処理チャンバの垂直軸に沿って処理チャンバの中央に配置された少なくとも一つのみの有孔ダクトが必要なことであり、本発明の設計に基づく改変コストを大幅に削減できることを示唆する。また、有効性の観点から、スケールアップの場合にこの種の二重壁構造を導入することによって高温ガスをより均一に処理チャンバ内に分配することができ、本装置がより省エネであり、時間短縮され、バイオマスの処理における均質な製品品質を維持できることを示唆する。
【００７４】
図４は、ガスシールバルブ入口（１５）から入ってくるバイオマスを均等に分配するためにモータ（３０）によって駆動される回転ワイパーホイール（４０）に取り付けられた少なくとも１つの回転ワイパーアーム（４２）を有するバイオマス分配装置の一実施形態を示す。
【００７５】
第１の処理区画の二重壁ハウジングと第２の処理区画の二重壁ハウジングとの間で第１の高温ガス（１１）と第２の高温ガス（２２）とを分離するために、無孔のガス仕切板（６５）が設けられる。
【００７６】
構造の安定性のために、星型またはクモ型の有孔二重分離プレート（６２）が配置され、その少なくとも一つの第１の端部が処理チャンバの中央で有孔ダクト（９１、９２）に接続される。
【００７７】
構造の安定性のために、星型またはクモ型の有孔二重分離プレート（６２）が配置され、その少なくとも一つの第２の端部が処理チャンバの内側有孔壁（６０）に接続される。
【００７８】
図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ、図７Ｂおよび図８は、それぞれ星型、クモ型またはリング状の高温ガス分配処理チャンバを示し、有孔二重分離プレート（６２）は処理チャンバを少なくとも２つの実質的に垂直な部分に分割するように配置される。図６Ａおよび図６Ｂに示されるように、星形の有孔二重分離プレート（６２）は、垂直軸に沿って処理チャンバの中央に配置されている有孔ダクト（９１、９２）を囲む８つの垂直部分に処理チャンバ（第１および第２の処理区画を含む）を分割する。図７Ａに示すように、クモ状の有孔二重分離プレート（６２）は、処理チャンバを１６個の垂直部分に分割する。一方、図７Ｂでは、別のクモ形態の有孔分離プレート（６２）は、処理チャンバを８つの垂直部分に分割している。図８において、有孔二重分離プレート（６２）は、処理チャンバを２つの垂直部分に分割し、一方の垂直部分は他の垂直部分によって囲まれている。
バイオマス（１０）は重力によって第１の処理段階から第２の処理段階へ移動し、その間の機械的または空気圧的な寄与を排除し、それによって保守、エネルギー、時間および費用を節約する。本発明の装置の処理チャンバ内で予備焙焼したバイオマスが第１の処理区画から第二処理区画へ移動するとき、有孔二重分離プレートの垂直空間を通過する。通過中のバイオマスによる有孔二重分離プレート（６２）のいかなる孔の閉塞も回避するために、孔は、バイオマス（１０）が通過できずに高温ガス（１１、２２）のみが通過できるように設計されている。この種の孔を有する有孔二重分離プレートの実施形態の１つを図９に示す。実線の矢印は高温ガスの流れを表し、影のない矢印はバイオマスが処理チャンバ内の第１の処理区画から第２の処理区画に移動する方向を表す。図９に示す実施形態では、孔（９３）は、有孔二重分離プレートの間隙へのガスの流入または流出のみを可能にするように構成され、バイオマスまたは他の固体はそれらの孔を通過できない。そのような構成を有するために、実質的にガス透過性であるがバイオマスまたは他の固体に対して不透過性であるように、有孔二重分離プレートの壁の一部を穿孔することによって、有孔二重分離プレートの壁から延びるわずかに湾曲した突起部（９３ａ）のようなキャップ様構造が作られ得る。また、本実施形態において、有孔二重分離プレートの壁を開口することによってそのように形成されたわずかに湾曲した突起は、気体透過性のみである孔状開口部（９３ｂ）が、第１の処理区画から第２の処理区画へのバイオマスの移動が突起（９３ａ）によって阻止されるような方向に向くように突起させることができ、これにより、バイオマスが有孔二重分離プレートの孔（９３ａ）を通過する可能性をさらに減少させる。この孔は、有孔二重分離プレートの前記壁を形成する金属材料のシートをスタンピング（打ち抜き／stamping）又はパンチ（punching out）することによって作られるのが好ましい。この種の孔はまた、高温ガスが処理チャンバ内および／または処理チャンバから流出することを可能にするために孔を必要とする本発明の他の部分、例えば、有孔ダクトまたは内側有孔壁にも適用することができる。
【００７９】
バイオマス（１０）中の残留水分を迅速に乾燥させるための予備焙焼の第１の処理段階では、第１の高温ガス（１１）は、２６０〜３００℃の温度の第１の高温ガス（１１）と直接接触する場合でもバイオマスの内部燃焼を自己開始させることのない体積基準で最大１０％酸素の酸素濃度が許容され得る。これに対し、完全に乾燥したバイオマスが第２の処理段階に入るとき、２４０〜２８０℃の温度の第２の高温ガス（２２）との直接接触でのバイオマスの自己燃焼を避けるために、酸素濃度は体積基準で最大３％の酸素含有量である必要がある。第２の処理段階の温度は、焙焼されたバイオマスの量およびエネルギーバランスをよりよく制御するために、ならびに炭化の発生を回避するために、第１の処理段階の温度以下に設定される。
【００８０】
自己熱モードで外部燃料を節約するための焙焼プロセスのエネルギー節約のために、
揮発性可燃性ガスを含む第１の処理段階から出た第１の高温ガス（１１）の少なくとも一部は燃焼バーナー（４００）に再循環され、熱交換を介して第１の処理段階が実行される第１の処理区画に再導入されるべき第１の高温ガス（１１）を加熱するための煙道ガス（１２）が生成され、揮発性可燃性ガスを含む第２の処理段階から出た第２の高温ガス（２２）の少なくとも一部は、燃焼バーナー（４００）に再循環され、熱交換を介して第２の処理段階が行われる第２の処理区画に再導入されるべき第２の高温ガス（２２）を加熱するための煙道ガス（１２）が生成さる。前記１つまたは複数の熱交換は、前記第１の高温ガスおよび前記第２の高温ガスを加熱するための前記煙道ガスのそれぞれについて同じでも異なっていてもよい。このように、前記第１および第２の処理段階または前記第１および第２の処理区画のための第１および第２の高温ガスを連続的に加熱するための追加の外部燃料は不要であり、これにより、バイオマスを処理するための自立プロセスまたは装置が提供される。
【００８１】
ガスシールバルブ入口（１５）からガスシールバルブ出口（２５）へのバイオマス（１０）の上から下への移送は重力によるものであるため、処理チャンバ内でのバイオマスの滞留時間は処理チャンバの対応する処理区画の高さに比例する。主として緻密化されたバイオマス中の水分を完全に完全に乾燥させるためだけの第１の処理段階は、第２の処理段階における焙焼プロセスの滞留時間以下の滞留時間と同じかそれ未満の滞留時間内で行うことができ、したがって、第１の処理段階が行われる第１の処理区画の高さは、第２の処理段階が行われる第２の処理区画の高さと同じかより小さい高さである。
【００８２】
第１および第２の処理段階を通過する各ペレットまたはブリケットについて均一な滞留時間を与えるために、特別に設計されたバイオマス排出装置（７０）が実施されるべきである。図５Ａおよび図５Ｂは、少なくとも１つの回転モータ（８０）によって駆動される２つの同軸回転ディスク（７１および７２）を備えるバイオマス排出装置の一実施形態を示し、各ディスクは、交互に配置された星形の複数の開口部（７１１または７２２）および複数のブロック（７１０または７２０）を有し、２つのディスクは、制御された出力速度に従って第２の処理チャンバから全ての焙焼バイオマスを均一に排出するために、互いに同じまたは反対方向におよび／または同じまたは異なる速度で回転する。
【００８３】
緻密化および焙焼システム全体を効果的に制御および監視するために、センサおよび制御装置を有する制御システム（３００）が、全てのパラメータが所定の焙焼条件に適合していることを確実にするように、処理チャンバ内の実際の温度、実際の含水量、実際の酸素含有量を監視および制御するために設置される。
【００８４】
本発明を限られた数の実施形態に関して説明してきたが、一実施形態の特定の特徴は、本発明の他の実施形態に必ずしも属するものではない。いくつかの実施形態では、方法は、本明細書に記載されていない多数のステップを含み得る。他の実施形態では、方法は、本明細書に列挙されていないいかなるステップも含まず、または実質的に含まない。記載された実施形態からの変形および修正が存在する。添付の特許請求の範囲は、これらすべての修正形態および変形形態が本発明の範囲内に含まれるものとして包含することを意図している。
【００８５】
［産業上の利用性］
本発明の方法は、ＭＩＳＯ原理に対処するために焙焼段階の前に均質ペレットまたはブリケットの形態で最初に緻密化段階を実施することによってバイオマスおよび他の同等の固体廃棄物、特に木質／農業バイオマス／固体廃棄物を処理するのに有用でありかつエネルギー効率が高く、これに限定はされないが、バインダーの使用を含む、焙焼バイオマスの緻密化後に関連する問題の大部分を排除した。さらに、本装置は、本方法を実施するためのものであるだけでなく、入力要素の均一な分配を必要とする方法、再循環高温ガスの連続供給を伴うリアルタイムでの制御および監視式処理チャンバ、及び／又は、最終製品の均一排出などの他の処理方法にも適用可能である。本装置はまた、熱および熱化学処理プロセスのための均一性、酸素、温度及び滞留時間のリアルタイム制御を必要とするコーヒー豆または他の農業用／非農業用材料のような要素を処理するのにも適している。
【図１】
2019529634.tif 000003
【図２Ａ】
2019529634.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図３】
2019529634.tif 000006
【図４】
2019529634.tif 000007
【図５Ａ】
2019529634.tif 000008
【図５Ｂ】
2019529634.tif 000009
【図６Ａ】
2019529634.tif 000010
【図６Ｂ】
2019529634.tif 000011
【図７Ａ】
2019529634.tif 000012
【図７Ｂ】
2019529634.tif 000013
【図８】
2019529634.tif 000014
【図９】
2019529634.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月9日(2019.4.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二重壁ハウジングを有する処理チャンバと、
前記処理チャンバの頂部に配置され、バイオマスを前記処理チャンバ内に供給するための少なくとも１つのガスシールバルブ入口と、
前記処理チャンバの底部に配置された、前記処理チャンバから最終生成物を排出するための少なくとも１つのガスシールバルブ出口と、
前記ガスシールバルブ入口からバイオマスを均等に分配するためのバイオマス分配装置を有するバイオマス処理装置であって、
前記処理チャンバは、
バイオマスの予備焙焼および焙焼がそれぞれ行われる第１の処理区画および第２の処理区画と、
前記第１の処理区画の頂部及び底部に配置された、第１の高温ガスをそれぞれ前記第１の処理区画に供給し、そこから排出するための少なくとも１つの第１の高温ガス入口および少なくとも１つの第１の高温ガス出口と、
前記第２の処理区画の底部及び頂部に配置された、第２の高温ガスをそれぞれ前記第２の処理区画に供給し、そこから排出するための少なくとも１つの第２の高温ガス入口および少なくとも１つの第２の高温ガス出口を有し、
前記処理チャンバは、前記二重壁ハウジングを形成する内側有孔壁と外壁と、前記内側有孔壁と前記外壁の間に画定された内側周辺間隙と、高温ガス分配システムを形成する複数の有孔二重分離プレートと、前記処理チャンバの中央に配置された有孔ダクトを有し、
前記内側有孔壁、前記複数の有孔二重分離プレートのそれぞれ、および、前記有孔ダクトは、前記処理チャンバの垂直軸に沿って前記処理チャンバの底部から頂部まで上方に延在し、前記複数の有孔二重分離プレートのそれぞれは、前記有孔ダクトの径方向外方に配置され、前記複数の有孔二重分離プレートのそれぞれの一端は前記有孔ダクトに接続され、その他端は前記内側有孔壁に接続されており、
前記少なくとも１つの第１の高温ガス入口および前記少なくとも１つの第２の高温ガス入口は、前記内側周辺間隙と複数の有孔二重分離プレートの間隙に開口し、前記少なくとも１つの第１の高温ガス入口および前記少なくとも１つの第２の高温ガス入口から供給された前記第１の高温ガスおよび前記第２の高温ガスがそれぞれ、前記内側周辺間隙と前記複数の有孔二重分離プレートの間隙を通って横方向及び径方向に前記孔を通って上方から下方に重力により移動する前記バイオマスに向けて流れる、バイオマス処理装置。
【請求項２】
前記第１の高温ガスは、前記ガスシールバルブ入口を介して前記処理チャンバ内に供給されたバイオマスを予備焙焼温度まで均一に加熱するために、前記第１の高温ガス入口を介して前記第１の処理区画に供給され、次いで前記二重壁ハウジングの前記内側周辺間隙および前記複数の二重孔分離プレートの前記間隙に沿って吹き込まれる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第２の高温ガスは、前記第１の処理区画からのバイオマスを焙焼温度まで均一に加熱するために、前記第２の高温ガス入口を介して前記第２の処理区画に供給され、次いで前記二重壁ハウジングの前記内側周辺間隙および前記複数の二重孔分離プレートの前記間隙に沿って吹き込まれる、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記バイオマス分配装置が、モータによって駆動される回転ワイパーホイールに取り付けられてガスシールバルブ入口から来るバイオマスを均等に分配する少なくとも１つの回転ワイパーアームを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記二重壁ハウジングの前記間隙と前記第１の処理区画および前記第２の処理区画の前記有孔二重分離プレートの前記間隙とは、無孔仕切板によって隔てられている、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記有孔二重分離プレートは、前記処理チャンバの中央に配置された前記有孔ダクトに接続された少なくとも１つの第１の端部を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記有孔二重分離プレートは、前記内側有孔壁に接続された少なくとも１つの第２の端部をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記有孔二重分離プレートは、前記処理チャンバを少なくとも２つの垂直部分に分割するように前記処理チャンバ内に配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記装置の異なる部分における滞留時間、温度、水分、流速、酸素含有量を含む条件をリアルタイムで制御および監視して前記条件が所定のレベルに維持されることを確実にするための制御装置をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１の処理区画で使用される所定の温度が２６０〜３００℃の範囲である、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記第２の処理区画で使用される所定の温度が２４０〜２８０℃の範囲である、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記第２の処理区画が、前記第１の処理区画の予備焙焼温度以下の焙焼温度を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第２の処理区画が、前記第１の処理区画の高さと同じかそれより高い高さを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記バイオマスが、前記第２の処理区画内の期間と等しいかそれより短い期間、前記第１の処理区画内に存在する、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記バイオマスが前記第１および第２の処理区画に存在する期間は、前記第１および第２の処理区画の相対的な高さおよび／またはガスシールバルブ出口によって制御される前記バイオマスの排出量に依存する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１の高温ガス出口および前記第２の高温ガス出口をそれぞれ介して、前記第１の処理区画及び前記第２の処理区画から放出された後の前記バイオマスからの揮発性の可燃性ガスを含有する前記第１の高温ガスおよび前記第２の高温ガスの一部を再循環させるための燃焼バーナーおよび１つまたは複数の熱交換器をさらに含み、
揮発性の可燃性ガスを含有する前記第１の高温ガスおよび前記第２の高温ガスの残りの一部を用いて、前記１つ以上の熱交換を介して前記第１の処理区画および前記第２の処理区画にそれぞれ供給される前記第１の高温ガスの一部および前記第２の高温ガスの一部を加熱するための煙道ガスを前記燃焼バーナーで生成する、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記第１の処理区画が、前記第１の高温ガスの１０体積％以下の酸素レベルに保たれる、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記第２の処理区画が、前記第２の高温ガスの３体積％以下の酸素レベルに保たれる、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
前記有孔二重分離プレートが星型、クモ型またはリング型に配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記第１の処理区画内の前記予備焙焼後の前記バイオマスが、焙焼のために、重力によって前記第２の処理区画に移動される、請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
前記第１及び第２の高温ガスが、前記第１および第２の処理区画に効率的に供給され、前記第１および第２の処理区画内で均等に分配されるように、前記内側有孔壁、前記複数の有孔二重分離プレート、および／または前記有孔ダクトが、気体のみを透過させる、前記バイオマスまたは他の固体を透過させないように構成される孔を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
前記孔のそれぞれが、前記内側有孔壁、前記複数の有孔二重分離プレート、および／または前記有孔ダクトの壁から延びる突起であって、前記突起は、前記バイオマスが前記突起によって遮られる方向に向いた開口を前記突起が規定するように、前記壁の一部に穿孔することで形成される突起を有する、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記突起を含む前記複数の孔を形成するための、前記内側有孔壁、前記複数の有孔二重分離プレート、および／または前記有孔ダクトの壁の一部の開口形成が、一枚の金属材料の打ち抜き又はパンチによって行われる、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
バイオマスを処理するために請求項１に記載のバイオマス処理装置を使用する方法であって、
緻密化段階、
第１の処理段階、
第２の処理段階、及び
冷却処理段階を含み、
前記緻密化段階は、ある量の水分を含有する実質的に乾燥された小サイズ化されたバイオマスを連続式またはバッチ式のバイオマス処理装置に供給するステップと、前記バイオマスをペレットまたはブリケットの形態の緻密化されたバイオマスに形成するステップと、ペレットまたはブリケットの形態の前記緻密化されたバイオマスを前記第１の処理段階へ放出するステップを含み；
前記第１の処理段階は、前記ある量の水分を含有する前記緻密化されたバイオマスを第１滞留時間にわたって予備焙焼温度まで加熱することで、前記第１の処理段階における前記加熱によって前記水分を蒸発させることによって前記緻密化バイオマスが完全に乾燥させるステップと、前記予備焙焼したバイオマスを前記第２の処理段階に排出するステップを有し、
前記第２の処理段階は、前記予備焙焼されたバイオマスを第２滞留時間の間、焙焼温度まで加熱して焙焼バイオマスを形成するステップと、前記焙焼されたバイオマスを前記冷却処理段階に放出するステップを含み、
前記冷却処理段階は、前記焙焼されたバイオマスを冷却温度に冷却するステップを含み、
前記第１の高温ガスおよび前記第２の高温ガスが、それぞれ、上記予備焙焼温度および焙焼温度に達するように上記第１および第２の処理段階に供給される
ことを特徴とする方法。
【請求項２５】
前記第１の処理段階または前記第２の処理段階に供給され、前記予備焙焼または焙焼バイオマスからの揮発性可燃性ガスを含有する前記第１の高温ガスまたは前記第２の高温ガスの少なくとも一部が、熱交換を介して前記第１の処理段階または前記第２の処理段階に供給される前記第１の高温ガスまたは前記第２の高温ガスを加熱するための煙道ガスを生成するために燃焼バーナーに再循環させるために前記第１の処理段階または前記第２の処理段階から再回収される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１の高温ガスが少なくとも１つの第１の高温ガス入口を介して前記第１の処理段階に供給され、前記第１の処理段階に供給された後の残りの部分が次に前記第１の処理段階から少なくとも１つの第１の高温ガス出口を介して排出され、前記１つまたは複数の熱交換を介して前記第１の処理段階に再循環される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記第２の高温ガスが少なくとも１つの第２の高温ガス入口を介して前記第２の処理段階に供給され、前記第２の処理段階に供給された後の残りの部分が次に前記第２の処理段階から少なくとも１つの第２の高温ガス出口を介して排出され、前記１つまたは複数の熱交換を介して前記第１の処理段階階に再循環される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記第２の処理段階に供給される前記第２の高温ガスが、前記第１の処理段階に供給される前記第１の高温ガスの温度以下の温度を有する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
前記第１の高温ガスおよび前記第２の高温ガスが異なる体積百分率の酸素を含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１の高温ガスが１０体積％以下の酸素含有量である、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記第２の高温ガスが、３体積％以下の酸素含有量である、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記焙焼温度が前記予備焙焼温度以下である、請求項２４に記載の方法。
【請求項３３】
前記予備焙焼温度が２６０〜３００℃の範囲である、請求項２４に記載の方法。
【請求項３４】
前記焙焼温度が２４０〜２８０℃の範囲である、請求項２４に記載の方法。
【請求項３５】
前記第２の滞留時間が前記第１の滞留時間以上である、請求項２４に記載の方法。
【請求項３６】
前記冷却温度が１００℃未満である、請求項２４に記載の方法。
【請求項３７】
前記冷却温度がほぼ室温である、請求項２４に記載の方法。
【請求項３８】
前記冷却が、前記焙焼バイオマスを冷却ガスまたは水と直接接触させることによって行われる、請求項２４に記載の方法。
【請求項３９】
前記緻密化段階、前記第１の処理段階、前記第２の処理段階、および前記冷却段階で使用される条件を制御および監視するためのリアルタイムでの制御および監視ステップをさらに含み、前記条件は温度、滞留時間、酸素含有量、水分量、および／またはガス流量を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項４０】
前記第１および第２の処理段階が同じ処理チャンバ内で行われ、前記処理チャンバが連続式またはバッチ式の移動床反応器型である、請求項２４に記載の方法。
【請求項４１】
前記第１の高温ガスおよび第２の高温ガスが、高温ガス分配システムによって前記処理チャンバ全体に均一に分配される、請求項２４に記載の方法。
【請求項４２】
前記緻密化バイオマスが、前記第１の処理段階における前記緻密化バイオマスの前記加熱の前にバイオマス分配装置によって均等に分配される、請求項２４に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８５】
［産業上の利用性］
本発明の方法は、ＭＩＳＯ原理に対処するために焙焼段階の前に均質ペレットまたはブリケットの形態で最初に緻密化段階を実施することによってバイオマスおよび他の同等の固体廃棄物、特に木質／農業バイオマス／固体廃棄物を処理するのに有用でありかつエネルギー効率が高く、これに限定はされないが、バインダーの使用を含む、焙焼バイオマスの緻密化後に関連する問題の大部分を排除した。さらに、本装置は、本方法を実施するためのものであるだけでなく、入力要素の均一な分配を必要とする方法、再循環高温ガスの連続供給を伴うリアルタイムでの制御および監視式処理チャンバ、及び／又は、最終製品の均一排出などの他の処理方法にも適用可能である。本装置はまた、熱および熱化学処理プロセスのための均一性、酸素、温度及び滞留時間のリアルタイム制御を必要とするコーヒー豆または他の農業用／非農業用材料のような要素を処理するのにも適している。
下記は、出願当初より本願に記載の発明である。
＜請求項１＞
バイオマス処理装置においてバイオマスを処理するための方法であって、
緻密化段階、
第１の処理段階、
第２の処理段階、及び
冷却処理段階を含み、
前記緻密化段階は、ある量の水分を含有する実質的に乾燥された小サイズ化されたバイオマスを連続式またはバッチ式のバイオマス処理装置に供給するステップと、前記バイオマスをペレットまたはブリケットの形態の緻密化されたバイオマスに形成するステップと、ペレットまたはブリケットの形態の前記緻密化されたバイオマスを前記第１の処理段階へ放出するステップを含み；
前記第１の処理段階は、前記ある量の水分を含有する前記緻密化されたバイオマスを第１滞留時間にわたって予備焙焼温度まで加熱することで、前記第１の処理段階における前記加熱によって前記水分を蒸発させることによって前記緻密化バイオマスが完全に乾燥させるステップと、前記予備焙焼したバイオマスを前記第２の処理段階に排出するステップを有し、
前記第２の処理段階は、前記予備焙焼されたバイオマスを第２滞留時間の間、焙焼温度まで加熱して焙焼バイオマスを形成するステップと、前記焙焼されたバイオマスを前記冷却処理段階に放出するステップを含み、
前記冷却処理段階は、前記焙焼されたバイオマスを冷却温度に冷却するステップを含み、
前記実質的に乾燥したおよび／または小サイズされたバイオマス中の前記水分の量は、バイオマスの全重量に対して８重量％から１２重量％の範囲であり、
第１の高温ガスおよび第２の高温ガスが、それぞれ、上記予備焙焼温度および焙焼温度に達するように上記第１および第２の処理段階に供給される
ことを特徴とする方法。
＜請求項２＞
前記第１の処理段階または前記第２の処理段階に供給され、前記予備焙焼または焙焼バイオマスからの揮発性可燃性ガスを含有する前記第１の高温ガスまたは前記第２の高温ガスの少なくとも一部が、熱交換を介して前記第１の処理段階または前記第２の処理段階に供給される前記第１の高温ガスまたは前記第２の高温ガスを加熱するための煙道ガスを生成するために燃焼バーナーに再循環させるために前記第１の処理段階または前記第２の処理段階から再回収される、請求項１の方法。
＜請求項３＞
前記第１の高温ガスが少なくとも１つの第１の高温ガス入口を介して前記第１の処理段階に供給され、前記第１の処理段階に供給された後の残りの部分が次に前記第１の処理段階から少なくとも１つの第１の高温ガス出口を介して排出され、前記１つまたは複数の熱交換を介して前記第１の処理段階に再循環される、請求項２の方法。
＜請求項４＞
前記第２の高温ガスが少なくとも１つの第２の高温ガス入口を介して前記第２の処理段階に供給され、前記第２の処理段階に供給された後の残りの部分が次に前記第２の処理段階から少なくとも１つの第２の高温ガス出口を介して排出され、前記１つまたは複数の熱交換を介して前記第１の処理段階階に再循環される、請求項２の方法。
＜請求項５＞
前記第２の処理段階に供給される前記第２の高温ガスが、前記第１の処理段階に供給される前記第１の高温ガスの温度以下の温度を有する、請求項１に記載の方法。
＜請求項６＞
前記第１の高温ガスおよび前記第２の高温ガスが異なる体積百分率の酸素を含む、請求項１に記載の方法。
＜請求項７＞
前記第１の高温ガスが１０体積％以下の酸素含有量である、請求項６に記載の方法。
＜請求項８＞
前記第２の高温ガスが、３体積％以下の酸素含有量である、請求項６に記載の方法。
＜請求項９＞
前記焙焼温度が前記予備焙焼温度以下である、請求項１に記載の方法。
＜請求項１０＞
前記予備焙焼温度が２６０〜３００℃の範囲である、請求項１に記載の方法。
＜請求項１１＞
前記焙焼温度が２４０〜２８０℃の範囲である、請求項１に記載の方法。
＜請求項１２＞
前記第２の滞留時間が前記第１の滞留時間以上である、請求項１に記載の方法。
＜請求項１３＞
前記冷却温度が１００℃未満である、請求項１に記載の方法。
＜請求項１４＞
前記冷却温度がほぼ室温である、請求項１に記載の方法。
＜請求項１５＞
前記冷却が、前記焙焼バイオマスを冷却ガスまたは水と直接接触させることによって行われる、請求項１に記載の方法。
＜請求項１６＞
前記緻密化段階、前記第１の処理段階、前記第２の処理段階、および前記冷却段階で使用される条件を制御および監視するためのリアルタイムでの制御および監視ステップをさらに含み、前記条件は温度、滞留時間、酸素含有量、水分量、および／またはガス流量を含む、請求項１に記載の方法。
＜請求項１７＞
前記第１および第２の処理段階が同じ処理チャンバ内で行われ、前記処理チャンバが連続式またはバッチ式の移動床反応器型である、請求項１に記載の方法。
＜請求項１８＞
前記第１の高温ガスおよび第２の高温ガスが、高温ガス分配システムによって前記処理チャンバ全体に均一に分配される、請求項１に記載の方法。
＜請求項１９＞
前記緻密化バイオマスが、前記第１の処理段階における前記緻密化バイオマスの前記加熱の前にバイオマス分配装置によって均等に分配される、請求項１に記載の方法。
＜請求項２０＞
二重壁ハウジングを有する処理チャンバと、
前記処理チャンバの頂部に配置され、バイオマスを前記処理チャンバ内に供給するための少なくとも１つのガスシールバルブ入口と、
前記処理チャンバから最終生成物を排出するために前記処理チャンバの底部に配置された少なくとも１つのガスシールバルブ出口と、
前記ガスシール弁入口からバイオマスを均等に分配するためのバイオマス分配装置と、
前記ガスシールバルブ出口を介して排出する前に、焙焼後に、焙焼したバイオマスを均一に排出するためのバイオマス排出装置を有するバイオマス処理装置であって、
前記処理チャンバは、
バイオマスの予備焙焼および焙焼がそれぞれ行われる第１の処理区画および第２の処理区画と、
第１の高温ガスをそれぞれ第１の処理区画に供給し、そこから排出するために、前記第１の処理区画の頂部及び底部に配置される少なくとも１つの第１の高温ガス入口および少なくとも１つの第１の高温ガス出口と、
第２の高温ガスをそれぞれ第２の処理区画に供給し、そこから排出するために、前記第２の処理区画の底部及び頂部に配置される少なくとも１つの第２の高温ガス入口および少なくとも１つの第２の高温ガス出口を有し、
前記処理チャンバは、前記二重壁ハウジングを形成する内側有孔壁と外壁と、前記外壁と前記内側有孔壁との間に画定された内側周辺間隙と、高温ガス分配システムを形成する複数の有孔二重分離プレートと、前記処理チャンバの中央に配置された有孔ダクトを有し、前記内側有孔壁、前記有孔二重分離プレートおよび前記有孔ダクトは前記垂直軸に沿って前記処理チャンバの底部から頂部まで上方に延在する、バイオマス処理装置。
＜請求項２１＞
前記第１の高温ガスは、ガスシールバルブ入口を介して処理チャンバ内に供給されたバイオマスを予備焙焼温度まで均一に加熱するために、前記第１の高温ガス入口を介して前記第１の処理区画に供給され、次いで前記二重壁ハウジングの前記内側周辺間隙および前記二重孔分離プレートの間隙に沿って吹き込まれる、請求項２０記載の装置。
＜請求項２２＞
前記第２の高温ガスは、前記第１の処理区画からのバイオマスを焙焼温度まで均一に加熱するために、前記第２の高温ガス入口を介して前記第２の処理区画に供給され、次いで前記二重壁ハウジングの前記内側周辺間隙および前記二重孔分離プレートの間隙に沿って吹き込まれる、請求項２０に記載の装置。
＜請求項２３＞
前記バイオマス分配装置が、モータによって駆動される回転ワイパーホイールに取り付けられてガスシールバルブ入口から来るバイオマスを均等に分配する少なくとも１つの回転ワイパーアームを含む、請求項２０に記載の装置。
＜請求項２４＞
前記二重壁ハウジングの前記間隙と前記第１の処理区画および前記第２の処理区画の前記有孔二重分離プレートの前記間隙とは、無孔仕切板によって隔てられている、請求項２０に記載の装置。
＜請求項２５＞
前記有孔二重分離プレート、前記治療チャンバの中央に配置された前記有孔ダクトに接続された少なくとも１つの第１の端部を有する、請求項２０に記載の装置。
＜請求項２６＞
前記有孔二重分離プレートが、前記内側有孔壁に接続された少なくとも１つの第２の端部をさらに備える、請求項２０に記載の装置。
＜請求項２７＞
前記有孔二重分離プレートが前記処理チャンバを少なくとも２つの垂直部分に分割するように前記処理チャンバ内に配置されている、請求項２０に記載の装置。
＜請求項２８＞
前記バイオマス排出装置が、少なくとも１つの回転モータによって駆動される２つの同軸回転ディスクを含み、
前記２つの同軸回転ディスクの各々は、交互に配置された星形の複数の開口部と複数のブロックとを含み、前記２つの同軸回転ディスクは、制御された出力速度に従って第２の処理チャンバからバイオマスを均等に排出するために、互いに同じ方向または反対方向に回転するように構成されており、前記２つの同軸回転ディスクはまた、同じ速度または異なる速度のいずれかで回転するように構成されている、請求項２０に記載の装置。
＜請求項２９＞
前記装置の異なる部分における滞留時間、温度、水分、流速、酸素含有量を含む条件をリアルタイムで制御および監視して前記条件が所定のレベルに維持されることを確実にするための制御装置をさらに含む、請求項２０に記載の装置。
＜請求項３０＞
前記第１の処理区画で使用される所定の温度が２６０〜３００℃の範囲である、請求項２０に記載の装置。
＜請求項３１＞
前記第２の処理区画で使用される所定の温度が２４０〜２８０℃の範囲である、請求項２０に記載の装置。
＜請求項３２＞
前記第２の処理区画が、前記第１の処理区画の予備焙焼温度以下の焙焼温度を有する、請求項２０に記載の装置。
＜請求項３３＞
前記第２の処理区画が、前記第１の処理区画の高さと同じかそれより高い高さを有する、請求項２０に記載の装置。
＜請求項３４＞
前記バイオマスが、前記第２の処理区画内の期間と等しいかそれより短い期間、前記第１の処理区画内に存在する、請求項２０に記載の装置。
＜請求項３５＞
前記バイオマスが前記第１および第２の処理区画に存在する期間は、前記第１および第２の処理区画の相対的な高さおよび／または前記バイオマス排出装置によって制御される前記バイオマスの排出量に依存する、請求項３４に記載の装置。
＜請求項３６＞
前記第１の高温ガス出口および前記第２の高温ガス出口をそれぞれ介して、前記第１の処理区画及び前記第２の処理区画から放出された後の前記バイオマスからの揮発性の可燃性ガスを含有する前記第１の高温ガスおよび前記第２の高温ガスの一部を再循環させるための燃焼バーナーおよび１つまたは複数の熱交換器をさらに含み、
揮発性の可燃性ガスを含有する前記第１の高温ガスおよび前記第２の高温ガスの残りの一部を用いて、前記１つ以上の熱交換を介して前記第１の処理区画および前記第２の処理区画にそれぞれ供給される前記第１の高温ガスの一部および前記第２の高温ガスの一部を加熱するための煙道ガスを前記燃焼バーナーで生成する、請求項２０に記載の装置。
＜請求項３７＞
前記第１の処理区画が、前記第１の高温ガスの１０体積％以下の酸素レベルに保たれる、請求項２０に記載の装置。
＜請求項３８＞
前記第２の処理区画が、前記第２の高温ガスの３体積％以下の酸素レベルに保たれる、請求項２０に記載の装置。
＜請求項３９＞
前記有孔二重分離プレートが星型、クモ型またはリング型に配置されている、請求項２０に記載の装置。
＜請求項４０＞
前記第１の処理区画内の前記予備焙焼後の前記バイオマスが、焙焼のために、重力によって前記第２の処理区画に移動される、請求項２０に記載の装置。
＜請求項４１＞
前記第１及び第２の高温ガスが、前記第１および第２の処理区画に効率的に供給され、前記第１および第２の処理区画内で均等に分配されるように、前記内側有孔壁、前記複数の有孔二重分離プレート、および／または前記有孔ダクトが、気体のみを透過させる、前記バイオマスまたは他の固体を透過させないように構成される孔を含む、請求項２０に記載の装置。
＜請求項４２＞
前記孔のそれぞれが、前記内側有孔壁、前記複数の有孔二重分離プレート、および／または前記有孔ダクトの壁から延びる突起であって、前記突起は、前記バイオマスが前記突起によって遮られる方向に向いた開口を前記突起が規定するように、前記壁の一部に穿孔することで形成される突起を有する、請求項４１に記載の装置。
＜請求項４３＞
前記突起を含む前記複数の孔を形成するための、前記内側有孔壁、前記複数の有孔二重分離プレート、および／または前記有孔ダクトの壁の一部の開口形成が、一枚の金属材料の打ち抜き又はパンチによって行われる、請求項４２に記載の装置。
【国際調査報告】
2019529634.tif 000016
2019529634.tif 000017